DE10030321A1 - Verstellvorrichtung - Google Patents
VerstellvorrichtungInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstellvorrichtung zum Verstellen zweier Teile zueinander. DOLLAR A Um mit relaitv geringem Aufwand eine hohe Untersetzung zu gewährleisten, wird eine Verstellvorrichtung vorgeschlagen mit einem z. B. am ersten Teil befestigbaren ersten Verstellzahnrad (1) mit einer ersten Innenverzahnung (5), DOLLAR A einem z. B. am zweiten Teil befestigbaren zweiten Verstellzahnrad (2) mit einer zweiten Innenverzahnung (6), DOLLAR A einer Antriebswelle (3), die konzentrisch zu dem ersten Verstellzahnrad und dem zweiten Verstellzahnrad angeordnet ist und eine Wellenaußenverzahnung (14) aufweist, DOLLAR A mindestens zwei Umlaufzahnrädern (10a-d), die jeweils mindestens zwei axial zueinander versetzte Außenverzahnungsbereiche (15, 16, 60) aufweisen, DOLLAR A wobei die erste Innenverzahnung (5) in Eingriff mit einem ersten Außenverzahnungsbereich (15) jedes Umlaufzahnrades und die zweite Innenverzahnung (6) in Eingriff mit einem zweiten Außenverzahnungsbereich (16) jedes Umlaufzahnrades ist, und die Wellenaußenverzahnung in Eingriff mit einem der Außenverzahnungsbereiche (16, 60) jedes Umlaufzahnrades ist, DOLLAR A wobei die erste Innenverzahnung (5) und die zweite Innenverzahnung (6) unterschiedliche Zähnezahlen (n, n-x) und/oder die ersten Außenverzahnungen (15a-d) und die zweiten Außenverzahnungen (16a-d) unterschiedliche Zähnezahlnen (m) aufweisen.
Description
Die Erfindung bezieht auf eine Verstellvorrichtung zum Verstellen eines zweiten Tei
les gegenüber einem ersten Teil, insbesondere zum Verstellen von Gelenkteilen wie
z. B. Robotergelenkteilen.
Bei der Verstellung eines Gelenkteiles gegenüber einem anderen Gelenkteil, insbe
sondere von Gelenkteilen an einem Roboterarm, ist insbesondere eine gute Positio
nierbarkeit und drehmomentfeste Bewegung der Gelenkteile zueinander erforderlich.
Hierzu können u. a. Schrittmotoren eingesetzt werden, die eine exakte Verstellbarkeit
der Gelenkteile zueinander gewährleisten, oder z. B. Elektromotoren mit einer hohen
Untersetzung.
Bei Verwendung von Motoren, wie z. B. Elektromotoren, mit höheren Drehzahlen
kann die erforderliche hohe Untersetzung beispielsweise durch Getriebe mit elasti
schem Zahnkranz (Harmonic-Drive-Getriebe) verwirklicht werden. Bei diesen Ver
stellungen bzw. Getrieben sind zwei innenverzahnte Zahnräder mit unterschiedlicher
Zähnezahl und ein in den innenverzahnten Zahnrädern vorgesehenes außenver
zahntes, elastisches Zahnrad vorgesehen, das eine elliptische Form aufweist und
beim Drehen so verformt wird, daß seine Außenzähne nacheinander in die Zahnlüc
ken der innenverzahnten Zahnräder eingedrückt werden, wodurch eine relative Win
kelverstellung erreicht wird, bei der die Zähne des außenverzahnten elastischen
Zahnrades ständig im Eingriff mit den Innenverzahnungen sind. Der Unterschied der
Zähnezahlen der innenverzahnten Zahnräder beträgt dabei größer/gleich 2.
Zum Erreichen großer Untersetzungen sind große Zähnezahlen notwendig, wozu
hochelastische, teure und reibungsständige Materialien benötigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem Stand der Technik Ver
besserung zu schaffen und insbesondere eine Verstellvorrichtung zu schaffen, die
mit relativ geringem Aufwand, vorzugsweise kleiner Dimensionierung und geringer
Masse, eine genaue und dauerhafte Positionierbarkeit gewährleistet. Hierbei soll
vorzugsweise eine feste Klemmung bzw. Selbstblockade der Teile bei einer hohen
Untersetzung und möglichst geringer Reibung gewährleistet sein. Die erfindungsge
mäße Verstellvorrichtung soll vorzugsweise mit einfachen Materialien und mit einer
einfachen und kostengünstigen Herstellung verwirklicht werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Verstellvorrichtung zum Verstellen eines ersten Teiles
gegenüber einem zweiten Teil gelöst, mit zwei Verstellzahnrädern, die jeweils an ei
nem Teil befestigbar sind und jeweils eine Innenverzahnung aufweisen, einer An
triebsanwelle, die konzentrisch zu den Verstellzahnrädern angeordnet ist und eine
Wellenaussenverzahnung aufweist, und mindestens zwei, vorzugsweise vier oder
mehr Umlaufzahnrädern, die jeweils mindestens zwei Außenverzahnungsbereiche,
d. h. mindestens einen ersten Außenverzahnungsbereich und einen in axialer Rich
tung zu diesem versetzten zweiten Außenverzahnungsbereich aufweisen. Hierbei
sind die ersten Außenverzahnungsbereiche in Eingriff mit der ersten Innenverzah
nung des ersten Verstellzahnrades und die zweiten Außenverzahnungsbereiche im
Eingriff mit der zweiten Innenverzahnung des zweiten Verstellzahnrades, und die
Wellenaußenverzahnung der Antriebswelle ist in Eingriff mit einer der mindestens
zwei Außenverzahnungsbereiche. Eine relative Verstellung der Verstellzahnräder
zueinander wird hierbei gewährleistet, indem die erste Innenverzahnung und die
zweite Innenverzahnung unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen und/oder die er
sten Außenverzahnungsbereiche der Umlaufzahnräder und die zweiten Außenver
zahnungsbereiche der Umlaufzahnräder unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen.
Erfindungsgemäß wird eine relative Verstellung der Verstellzahnräder mit Innenver
zahnungen erreicht, indem diese über gemeinsame Umlaufzahnräder verbunden
sind, die von einer Antriebswelle angetrieben werden. Die Umlaufzahnräder weisen
hierbei axial voneinander getrennte Bereiche auf, von denen jeweils ein Bereich mit
einem der beiden Verstellzahnräder mit Innenverzahnung im Eingriff sind. Indem
nunmehr die Zähnezahlen der Innenverzahnung und/oder die Zähnezahlen der axial
voneinander getrennten Außenverzahnungen bzw. Außenverzahnungsbereiche je
des Umlaufrades voneinander verschieden sind, weisen das aus der ersten Innen
verzahnung und dem ersten Außenverzahnungsbereich gebildete erste Innen
radpaarsystem und das aus der zweiten Innenverzahnung und dem zweiten Außen
verzahnungsbereich gebildete zweite Innenradsystem unterschiedliche Übersetzun
gen auf. Da auf jedem der Umlaufräder ein erster Außenverzahnungsbereich und
zweiter Außenverzahnungsbereich starr miteinander gekoppelt sind, werden die Ver
stellzahnräder mit Innenverzahnung zu einer Relativverdrehung gezwungen.
Indem der Unterschied der Zähnezahlen der Innenverzahnungen bzw. der Außen
verzahnungen im Verhältnis zu den Zähnezahlen relativ gering gewählt wird, kann
bei einer größeren Drehbewegung der Welle aufgrund des relativ geringen Zähne
zahlunterschiedes eine sehr geringe Verdrehung der Innenzahnräder zueinander
erreicht werden, was zu einer hohen Untersetzung führt. Somit können schnellaufen
de Motoren mit geringem Drehmoment verwendet werden, wobei aufgrund der ho
hen Untersetzung eine kleine, genau positionierbare Verdrehung mit relativ hohem
Drehmoment erreicht werden kann.
Somit kann mit wenigen, kostengünstig herstellbaren Teilen (im wesentlichen Zähn
rädern mit Innenverzahnung bzw. Außenverzahnung) eine leichtgängige, kleine Ver
stellvorrichtung mit geringer Masse verwirklicht werden, die dennoch robust ist, große
Drehmomente übertragen kann und eine präzise Positionsverstellung gewährleistet,
in jeder Position fest klemmt und eine geringe Reibung aufweist. Die Verstellvorrich
tung ist hierbei leicht zu montieren und einfach zu handhaben.
Da erfindungsgemäß Motoren, insbesondere Elektromotoren, mit hohen Drehzahlen
verwendet werden können, kann auch ein kostengünstiges Robotergelenk verwirk
licht werden, bei dem vorteilhafterweise die Motoren und/oder Verstellvorrichtungen
in den Gelenkteilen bzw. Roboterarmteilen untergebracht werden können. Aufgrund
der geringen Masse der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung und der geringen
Masse der verwendbaren, schnellaufenden Motoren können Robotergelenke mit ge
ringer Masse, hergestellt werden, die bei kleineren Robotern größere Lasten bewe
gen können.
Indem der erste und zweite Außenverzahnungsbereich gleiche Zähnezahlen aufwei
sen, kann durch eine Differenz der Zähnezahlen der Innenverzahnungen eine hohe
Untersetzung des Verstelldrehmomentes erreicht werden. Damit die erste und zweite
Außenverzahnung der Umlaufräder jeweils passend in der ersten bzw. zweiten In
nenverzahnung im Eingriff sind, ist zumindest bei einem der Umlaufzahnräder ein
Winkelversatz zwischen den beiden Außenverzahnungsbereichen vorteilhaft. Um die
Positionsgenauigkeit weiter zu erhöhen, ist es vorteilhaft, eine schräge oder etwas
kegelige Verzahnung zu verwenden.
Erfindungsgemäß können vorteilhafterweise Umlaufzahnräder mit drei oder mehr
Außenverzahnungsbereichen verwendet werden. In diesem Fall sind der erste und
zweite Außenverzahnungsbereich jeweils in Eingriff mit der ersten bzw. zweiten In
nenverzahnung der entsprechenden Verstellzahnräder, und ein dritter Außenverzah
nungsbereich ist im Eingriff mit der als Sonnrad wirkenden Wellenaußenverzahnung.
Auch in diesem Fall sind die mindestens drei Außenverzahnungsbereiche jedes
Umlaufzahnrades starr miteinander gekoppelt. Vorzugsweise sind sie aus drei bzw.
mehr nebeneinander gesetzten, an axialen Flächen miteinander verbundenen Ein
zelzahnrädern hergestellt. Durch die Verwendung eines dritten Außenverzahnungs
bereiches kann ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis zwischen der Welle und
den Umlaufzahnrädern hergestellt werden, da dieses Übersetzungsverhältnis durch
die Zähnezahlen der Wellenaußenverzahnung und der dritten Außenverzahnungsbe
reiche eingestellt werden kann, ohne daß hierdurch die Zähnezahlen der ersten und
zweiten Außenverzahnungsbereiche festgelegt werden. Somit kann auch ein ge
wünschter Unterschied in den Zähnezahlen der Innenverzahnungen bzw. der ersten
und zweiten Außenverzahnungsbereiche unabhängig von der Einstellung des Über
setzungsverhältnisses zwischen Welle und Umlaufzahnrädern eingestellt werden.
Der dritte Außenverzahnungsbereich kann vorteilhafterweise in der Mitte zwischen
den ersten und zweiten Außenverzahnungsbereichen angeordnet sein. Alternativ
hierzu können mindestens zwei dritte Außenverzahnungsbereiche vorgesehen wer
den, die den ersten Außenverzahnungsbereich und den zweiten Außenverzah
nungsbereich zwischen sich aufnehmen, sodaß eine gleichmäßige Aufnahme des
Antriebsdrehmomentes von der Antriebswelle möglich ist. Bei Verwendung von zwei
dritten Außenverzahnungsbereichen sind diese jeweils mit der Wellenaußenverzah
nung in Eingriff. Hierzu kann die Wellenaußenverzahnung in mehrere versetzte Be
reiche unterteilt sein.
Für die Ausbildung eines gewünschten Zähnezahlverhältnisses zwischen dem dritten
Außenverzahnungsbereich und der Wellenaußenverzahnung kann der dritte Außen
verzahnungsbereich mit einem größeren oder kleineren Radius als die ersten und
zweiten Außenverzahnungsbereiche ausgebildet werden. Somit kann ein weiter Be
reich von gewünschten Untersetzungsverhältnissen der erfindungsgemäßen Ver
stellvorrichtung annähernd kontinuierlich durch Einstellung der Zähnezahlverhältnis
se zwischen Wellenaußenverzahnung und drittem Außenverzahnungsbereich, sowie
den Zähnezahlunterschieden zwischen der ersten Innenverzahnung und zweiten In
nenverzahnung und/oder der ersten Außenverzahnung und zweiten Außenverzah
nung eingestellt werden.
Aufgrund der ungleichmäßigen Belastung der verschiedenen Außenverzahnungsbe
reiche entstehen Drehmomente senkrecht zu den Achsen der Umlaufzahnräder, die
in Richtung auf eine Verkippung der Umlaufzahnräder wirken. Weiterhin wirken bei
hohen Umlaufgechwindigkeiten Fliehkräfte auf die Umlaufzahnräder, die diese in die
Verstellzahnräder drücken können. Um diese Drehmomente und Fliehkräfte abzu
fangen, ist es vorteilhaft, die Umlaufzahnräder in einem festem Käfig bzw. mehreren
festen Käfigen zu lagern. Die Käfige erfassen die Umlaufzahnräder z. B. an den
Axialflächen.
Es können anstelle von Käfigen jedoch auch gesonderte Laufflächen auf den Ar
beitsteilungsdurchmessern an den axialen Seitenbereichen der Umlaufzahnräder
und der Verstellzahnräder vorgesehen werden. Diese Laufflächen ermöglichen eine
radiale Abstützung der Umlaufzahnräder an den Verstellzahnrädern, wodurch Ver
kippungen aufgrund der ungleichmäßigen Belastung und die radialen Fliehkräfte ab
gefangen werden. Die Laufflächen rollen hierbei aneinander ab.
Die Umlaufzahnräder können aus zwei bzw. drei oder mehr miteinander axial ver
bundenen Einzelrädern hergestellt werden. Die Einzelräder können miteinander ver
keilt, verschweißt, verklebt oder mittels Schrauben verbunden werden. Die Ver
stellzahnräder können als Blechstanzteile oder Blechpreßteile ausgeführt werden.
Indem eines der Innenzahnräder gehäusefest angebracht ist und das andere Innen
zahnrad mit einer Abtriebswelle verbunden ist, kann ein Getriebe mit hoher Unterset
zung verwirklicht werden. Bei Verwendung von Umlaufrädern mit gleichen Zähne
zahlen und Innenverzahnungen mit unterschiedlichen Zähnezahlen kann ein Getrie
be ohne Drehrichtungsumkehr verwirklicht werden, indem das Verstellzahnrad mit
der Innenverzahnung mit geringerer Zähnezahl gehäusefest angebracht wird, so daß
durch die Relativverdrehung der Antriebswelle zu dem Gehäuse eine Verdrehung
des zweiten Verstellzahnrades gegenüber dem Gehäuse mit gleicher Drehrichtung
bewirkt wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen
Ausbildungsformen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Verstellvorrich
tung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 die Verstellvorrichtung von Fig. 1 im Axialschnitt und Radialschnitt;
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung einer Verstellvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4a, b eine Darstellungen der zweiten Ausführungsform im Axialschnitt bzw
perspektivischer Darstellung;
Fig. 5 ein Radialschnitt durch die Ausführungsform von Fig. 3;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Axialschnitts einer Verstellvor
richtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 einen Radialschnitt und eine perspektivische Ansicht eines Gelenkteils
mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und einem Elektromotor;
Fig. 8 ein Blockschaltbild zu den Ausführungsformen der Fig. 3 bis 6;
Fig. 9 eine weitere, gegenüber Fig. 3 abgewandelte Ausführungsform.
Gemäß Fig. 1 weist eine Verstellvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform
ein erstes Verstellzahnrad 1 mit einer ersten Innenverzahnung 5 und ein in axialer
Richtung hierzu versetztes zweites Verstellzahnrad 2 mit einer zweiten Innenverzah
nung 6 auf.
Konzentrisch zu den Verstellzahnrädern 1, 2 ist eine Antriebswelle 3 mit einer Wel
lenaußenverzahnung 14 angeordnet. Um die Achse herum sind Umlaufzahnräder 10
a, 10b, 10c und 10d verteilt angeordnet. Jedes Umlaufzahnrad 10a bis 10d ist
jeweils aus zwei Einzelzahnrädern 17, 18 gefertigt, die an ihren axialen Stirnflächen
miteinander verbunden, z. B. verklebt, verschweißt, verschraubt oder verkeilt sind.
Sie können auch als Spritzgußteile miteinander verbunden sein. Somit weist jedes
zusammengesetzte Umlaufzahnrad 10a bis 10d zwei axial zueinander versetzte, in
dieser Ausführungsform direkt aneinander grenzende Außenverzahnungsbereiche
auf. Hierbei sind die Umlaufzahnräder derartig in den Verstellzahnrädern 1, 2 ange
ordnet, daß ein erster Außenverzahnungsbereich 15 jedes Umlaufzahnrades in Ein
griff mit der ersten Innenverzahnung 5 ist und somit ein Innenradpaar gebildet wird.
Zweite Außenverzahnungsbereiche 16 jedes Umlaufzahnrades sind in Eingriff mit
der zweiten Innenverzahnung 6 und bilden somit ein zweites Innenradpaar. Die
Wellenaußenverzahnung 14 kann in Eingriff mit entweder den ersten Außenverzah
nungsbereichen 15 oder den zweiten Außenverzahnungsbereichen 16 sein.
Erfindungsgemäß unterscheiden sich hierbei entweder die Zähnezahlen der ersten
Außenverzahnungsbereiche 15 und der zweiten Außenverzahnungsbereiche 16,
und/oder es unterscheiden sich die Zähnezahlen der ersten Innenverzahnung 5 und
der zweiten Innenverzahnung 6.
Die Einzelzahnräder 17 und 18, die jeweils zu einem Umlaufzahnrad 10a bis 10d
zusammengesetzt sind, weisen gleiche Arbeitsteilungsdurchmesser auf. Somit wird
eine Kopplung der beiden Innenradpaare über die zusammengesetzten Umlaufzahn
räder 10a bis 10d erreicht, während die Verstellzahnräder 1, 2 zueinander verdreh
bar sind.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform unterscheiden sich die Zähnezahlen der
ersten Außenzahnungsbereiche 15 und der zweiten Außenverzahnungsbereiche 16.
Die Wellenaußenverzahnung 14 - die als Sonnenrad in dem Umlaufgetriebe wirkt, ist
in Eingriff mit den zweiten Außenverzahnungsbereichen 16, die wiederum in Eingriff
mit der zweiten Innenverzahnung 6 sind.
Hierbei kann z. B. die Wellenaußenverzahnung 16 Zähne, die ersten Außenverzah
nungsbereiche jeweils 18 Zähne und die zweiten Außenverzahnungsbereiche jeweils
20 Zähne aufweisen. Die Innenverzahnungen können gleiche Zähnezahlen von z. B.
Z = 51 aufweisen. Weiterhin ist es möglich, daß die Zähnezahlen der ersten Innenver
zahnungen 5, 6 ungleich sind. Hierbei kann z. B. die Zähnezahl der Innenverzahnung
51 betragen und die Zähnezahl der zweiten Innenverzahnung 56 betragen.
Bei Betätigung der Welle 3 führen die Umlaufzahnräder 10a bis d eine Umlaufbe
wegung in beiden Verstellzahnrädern durch, wodurch aufgrund der unterschiedlichen
Zähnezahlen der Außenverzahnungsbereiche eine Relativverdrehung der Ver
stellzahnräder zueinander erzwungen wird.
In Fig. 2 ist der Einsatz der Verstellvorrichtung der ersten Ausführungsform in einem
Gehäuse 100 gezeigt, wobei das erste Verstellzahnrad 1 als Abtriebshohlwelle aus
gebildet ist, die in Fig. 2 sich nach links erstreckt. Die zweiten Außenverzahnungsbe
reiche 16 der Umlaufzahnräder, die in Eingriff mit der Wellenaußenverzahnung 14
sind, sind über die zweite Innenverzahnung 6 des zweiten Verstellzahnrades 2 fest
an dem Gehäuse 100 befestigt. Somit wirkt das zweite Verstellzahnrad als gehäuse
seitige Fixierung des Umlaufbetriebes, so daß die erfindungsgemäße Verstellvor
richtung als Untersetzungsgetriebe der Welle 3 zu der Abtriebswelle 1 wirkt.
Die Ausführungsform der Fig. 1, 2 mit zwei axial benachbarten Außenverzahnungs
bereichen ermöglicht bereits durch Einstellung von unterschiedlichen Zähnezahlen
der Außenverzahnungen und/oder Innenverzahnungen eine Vielzahl möglicher Un
tersetzungsverhältnisse. Um ein Untersetzungsverhältnis noch genauer einstellen zu
können, sind gemäß der Ausführungsform von Fig. 3 dritte Außenverzahnungsberei
che 60 in den einzelnen Umlaufzahnrädern vorgesehen. Somit weist jedes Umlauf
zahnrad drei axial zueinander benachbarte Einzelzahnräder 17a bis 17d, 61a bis
61d und 18a bis 18d auf. In Fig. 3 sind die Umlaufzahnräder hierbei zur Veran
schaulichung in axialer Richtung auseinandergezogen, wobei sie bei dieser Ausfüh
rungsform wie auch der Ausführungsform von Fig. 1 tatsächlich starr miteinander
gekoppelt, z. B. verschweißt, verklebt, vernietet, verschraubt oder verkeilt sind bzw
die Umlaufzahnräder als Spritzgußteile einteilig gefertigt sind.
Bei dieser Ausführungsform ist die Wellenaußenverzahnung 14 der Antriebswelle 3
in Eingriff mit dritten Außenverzahnungsbereichen 60, während die ersten Außenver
zahnungsbereiche 15 wiederum in Eingriff mit der ersten Innenverzahnung 5 des er
sten Verstellzahnrades 1, und die zweiten Außenverzahnungsbereiche 16 wieder in
Eingriff mit der zweiten Innenverzahnung 6 des zweiten Verstellzahnrades 2 sind.
Hierdurch läßt sich bereits ein gewünschtes Untersetzungsverhältnis zwischen der
Welle 3 und den Umlaufzahnrädern erreichen, das durch die Zähnezahl der Wellen
außenverzahnung 14 und die Zähnezahl der Außenverzahnungsbereiche 60 festge
stellt ist. Durch die starre Kopplung der Einzelzahnräder 17, 61 und 18 wird die
Drehbewegung jeweils auf die gesamten Umlaufzahnräder übertragen. Auch bei die
ser Ausführungsform findet eine relative Verstellung der Verstellzahnräder 1 und 2
zueinander durch Unterschiede der Zähnezahlen der ersten Außenverzahnungsbe
reiche 15 und zweiten Außenverzahnungsbereiche 16, und/oder Unterschiede der
Zähnezahlen der ersten Innenverzahnung 5 und zweite Innenverzahnung 6 statt. Ei
nes der beiden Verstellzahnräder, z. B. wiederum das zweite Verstellzahnrad 2, kann
z. B. gehäusefest angeordnet werden, so daß sich eine Untersetzung der Drehbe
wegung der Antriebswelle 3 zu dem ersten Verstellzahnrad 1 ergibt. Hierbei kann
das erreichte Untersetzungsverhältnis relativ frei gestaltet werden, da die Zähnezahl
der dritten Außenverzahnungsbereiche 60 unabhängig von den Zähnezahlen der
ersten Außenverzahnungsbereiche 15 und zweiten Außenverzahnungsbereiche 16
gewählt werden kann.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist bei der hier gezeigten Ausführungsformen der Fig. 3
bis 5 die Zähnezahl der ersten Außenverzahnungsbereiche 15 und zweiten Außen
verzahnungsbereiche 16 wiederum unterschiedlich, wie bereits mit Bezug auf die
erste Ausführungsform der Fig. 1, 2 erläutert. Alternativ oder zusätzlich hierzu kön
nen Unterschiede der Zähnezahlen der Innenverzahnungen 5, 6 eingestellt werden.
Bei der Ausführungsform von Fig. 3 wurde eine große Zähnezahl der dritten Außen
verzahnungsbereiche erreicht, indem die Einzelzahnräder 61a bis 61d einen größe
ren Radius als die Einzelzahnräder 17a bis 17d und 16a bis 16d aufwiesen. Dies
ist insbesondere aus Fig. 4 ersichtlich. Alternativ hierzu kann gemäß Fig. 6 der Radi
us der dritten Einzelzahnräder 161a bisa 61d auch kleiner als der Radius der ersten
Einzelzahnräder 17a bis 17d und zweiten Einzelzahnräder 18a bis 18d ausgebildet
werden, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist. Eine Variation des Radius der dritten Einzel
zahnräder 161a bis 161d ermöglicht somit eine Vielzahl von einstellbaren Zähne
zahlen der dritten Außenverzahnungsbereiche 60. Gemäß Fig. 6 kann ein kompakter
Bau in radialer Richtung erreicht werden, da die Außenverzahnung 14 der Antriebs
welle 3 in radialer Richtung teilweise überlappt mit den Einzelzahnrädern 17a, 18a.
Fig. 7 zeigt eine Anordnung einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung in einem
Gehäuse 100, in dem ein kleinbauender, schnell laufender Elektromotor 200 ange
ordnet ist. Indem das zweite Verstellzahnrad 2 starr an das Gehäuse 100 gekoppelt
ist, kann eine Untersetzung der schnell laufenden Antriebswelle 3 auf das als Ab
triebswelle wirkende erste Verstellzahnrad 1 bewirkt werden. Entsprechend kann
auch alternativ zu dieser Ausführungsform das erste Verstellzahnrad 1 gehäusefest
und das zweite Verstellzahnrad 2 als Abtriebswelle ausgebildet werden.
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild, bei dem
z1 = Zähnezahl der Wellenaußenverzahnung (bzw. des Sonnenrads),
z2 = Zähnezahl des dritten Außenverzahnungsbereichs,
z3 = Zähnezahl des zweiten Außenverzahnungsbereichs,
z4 = Zähnezahl der zweiten Innenverzahnung,
z5 = Zähnezahl des ersten Außenverzahnungsbereichs,
z6 = Zähnezahl der ersten Innenverzahnung.
z1 = Zähnezahl der Wellenaußenverzahnung (bzw. des Sonnenrads),
z2 = Zähnezahl des dritten Außenverzahnungsbereichs,
z3 = Zähnezahl des zweiten Außenverzahnungsbereichs,
z4 = Zähnezahl der zweiten Innenverzahnung,
z5 = Zähnezahl des ersten Außenverzahnungsbereichs,
z6 = Zähnezahl der ersten Innenverzahnung.
Hierbei dient das zweite Verstellzahnrad als gehäusefeste Anbringung, das erste
Verstellzahnrad als Abtrieb Ab und die Antriebswelle als Antrieb An. (Von dem Pla
netenrad kann grundsätzlich auch ein Abgriff genommen werden.) Es ergibt sich
eine
Übersetzung i = (z6 × (1 + (z2 × z4)/(z1 × z3)))/(z6 - z5 × z4/z3).
Bei der Ausführungsform ohne dritten Außenverzahnungsbereich ist z2 = z3 oder
z2 = z5.
Mit Z1 = 54, z2 = z3 = z5 = 15, z4 = 84, Z6 = 86 ergibt sich i = 109,889.
Mit z1 = 15, z2 = z3 = z5 = 10, Z4 = 35, Z6 = 36 ergibt sich i = 120,
mit z1 = 15, z2 = z3 = 10, Z4 = 35, z5 = 9, Z6 = 31 ergibt sich i = -206,667,
mit z1 = 16, Z2 = Z3 = 20, Z4 = 56, z5 = 18, Z6 = 51 ergibt sich i = 382,5
mit z1 = 16, z2 = Z3 = 18, Z4 = 52, z5 = 16, Z6 = 47 ergibt sich i = 256,821
mit z1 = 14, z2 = 22, z3 = 20, z4 = 56, Z5 = 18, Z6 = 51 ergibt sich i = 459
Mit Z1 = 54, z2 = z3 = z5 = 15, z4 = 84, Z6 = 86 ergibt sich i = 109,889.
Mit z1 = 15, z2 = z3 = z5 = 10, Z4 = 35, Z6 = 36 ergibt sich i = 120,
mit z1 = 15, z2 = z3 = 10, Z4 = 35, z5 = 9, Z6 = 31 ergibt sich i = -206,667,
mit z1 = 16, Z2 = Z3 = 20, Z4 = 56, z5 = 18, Z6 = 51 ergibt sich i = 382,5
mit z1 = 16, z2 = Z3 = 18, Z4 = 52, z5 = 16, Z6 = 47 ergibt sich i = 256,821
mit z1 = 14, z2 = 22, z3 = 20, z4 = 56, Z5 = 18, Z6 = 51 ergibt sich i = 459
Bei der Ausführungsform der Fig. 9 sind gegenüber der Ausführungsform der Fig. 3,
axial seitlich der ersten und zweiten Außenverzahnungen 15, 16 und axial seitlich der
ersten und zweiten Innenverzahnungen 5, 6 Laufflächen 150, 151, 152, 153 für eine
Abrollbewegung der Umlaufzahnräder in den Verstellzahnrädern ausgebildet. Die
Laufflächen 150, 151, 152, 153 verlaufen in den einzelnen Zahnrädern jeweils auf ra
dialer Höhe der Arbeitsteilungsdurchmesser, sodaß sie aufeinander bei der Abroll
bewegung der Umlaufzahnräder ebenfalls aneinander abrollen. Hierdurch kann eine
radiale Abstützung der Umlaufzahnräder nach außen zum Abfangen von Fliehkräften
erreicht werden, um ein allzu starkes Eindrücken der ersten und zweiten Außenver
zahnungen in die ersten und zweiten Innenverzahnungen zu vermeiden. Weiterhin
können hierdurch die einzelnen Umlaufzahnräder an axial zu einander versetzten
Stellen an den Verstellzahnrädern abgestützt werden, sodaß die Umlaufzahnräder
gegen Verkippbewegungen gesichert werden. Hierdurch können insbesondere
Drehmomente, die an den Umlaufzahnrädern aufgrund der unterschiedlichen Bela
stungen der ersten, zweiten und dritten Außenverzahnungen senkrecht zu der Achse
entstehen, abgefangen bzw verringert werden. Alternativ zu diesen Laufflächen kön
nen die Umlaufzahnräder auch in festen Käfigen gehalten und z. B. an ihren axialen
Endflächen gestützt werden.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, mehr als drei verschiedene Außenverzah
nungsbereiche nebeneinander zu setzen. Hierbei können grundsätzlich auch mehr
als zwei Verstellzahnräder verwendet werden, die z. B. wahlweise als Abtrieb ge
wählt werden können.
Die Antriebswelle kann wie in den Figuren gezeigt als Stabwelle, oder auch als
Hohlwelle ausgebildet sein. Im letzten Feld kann ein Motor in der Antriebshohlwelle
angeordnet werden.
Claims (23)
1. Verstellvorrichtung zum Verstellen eines zweiten Teiles gegenüber einem er
sten Teil, insbesondere eines zweiten Gelenkteiles gegenüber einem ersten
Gelenkteil, mit
einem z. B. am ersten Teil befestigbaren ersten Verstellzahnrad (1) mit einer ersten Innenverzahnung (5),
einem z. B. am zweiten Teil befestigbaren zweiten Verstellzahnrad (2) mit ei ner zweiten Innenverzahnung (6),
einer Antriebswelle (3), die konzentrisch zu dem ersten Verstellzahnrad und dem zweiten Verstellzahnrad angeordnet ist und eine Wellenaußenverzah nung (14) aufweist, und
mindestens zwei Umlaufzahnrädern (10a-d), die jeweils mindestens zwei axial zueinander versetzte Außenverzahnungsbereiche (15, 16, 60) aufweisen,
wobei die erste Innenverzahnung (5) in Eingriff mit einem ersten Außenver zahnungsbereich (15) jedes Umlaufzahnrades und die zweite Innenverzah nung (6) in Eingriff mit einem zweiten Außenverzahnungsbereich (16) jedes Umlaufzahnrades ist, und die Wellenaußenverzahnung in Eingriff mit einem der Außenverzahnungsbereiche (16, 60) jedes Umlaufzahnrades ist,
wobei die erste Innenverzahnung (5) und die zweite Innenverzahnung (6) un terschiedliche Zähnezahlen (n, n-x) und/oder die ersten Außenverzahnungen (15a-d) und die zweiten Außenverzahnungen (16a-d) unterschiedliche Zähnezahlen (m) aufweisen.
einem z. B. am ersten Teil befestigbaren ersten Verstellzahnrad (1) mit einer ersten Innenverzahnung (5),
einem z. B. am zweiten Teil befestigbaren zweiten Verstellzahnrad (2) mit ei ner zweiten Innenverzahnung (6),
einer Antriebswelle (3), die konzentrisch zu dem ersten Verstellzahnrad und dem zweiten Verstellzahnrad angeordnet ist und eine Wellenaußenverzah nung (14) aufweist, und
mindestens zwei Umlaufzahnrädern (10a-d), die jeweils mindestens zwei axial zueinander versetzte Außenverzahnungsbereiche (15, 16, 60) aufweisen,
wobei die erste Innenverzahnung (5) in Eingriff mit einem ersten Außenver zahnungsbereich (15) jedes Umlaufzahnrades und die zweite Innenverzah nung (6) in Eingriff mit einem zweiten Außenverzahnungsbereich (16) jedes Umlaufzahnrades ist, und die Wellenaußenverzahnung in Eingriff mit einem der Außenverzahnungsbereiche (16, 60) jedes Umlaufzahnrades ist,
wobei die erste Innenverzahnung (5) und die zweite Innenverzahnung (6) un terschiedliche Zähnezahlen (n, n-x) und/oder die ersten Außenverzahnungen (15a-d) und die zweiten Außenverzahnungen (16a-d) unterschiedliche Zähnezahlen (m) aufweisen.
2. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste
Innenverzahnung (5) und die zweite Innenverzahnung (6) unterschiedliche
Zähnezahlen (n, n-x) aufweisen und die ersten Außenverzahnungen (15a-d)
und die zweiten Außenverzahnungen (16a-d) gleiche Zähnezahlen (m) auf
weisen, wobei zumindest bei einem Umlaufzahnrad (10b, c, d) die erste Au
ßenverzahnung (15b, c, d) und die zweite Außenverzahnung (16b, c, d) einen
Winkelversatz zueinander aufweisen.
3. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
eines der Verstellzahnräder (1) gehäusefest angebracht ist und das andere
Verstellzahnrad (2) mit einer Abtriebswelle verbunden ist.
4. Verstellvorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verstellzahnrad mit der geringeren Zähnezahl gehäusefest angebracht
und das Verstellzahnrad mit der größeren Zähnezahl an der Abtriebswelle an
gebracht ist.
5. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Umlaufzahnräder (10a, b, c, d) jeweils mindestens drei,
vorzugsweise genau drei, axial zueinander versetzte Außenverzahnungsbe
reiche (15, 16, 60) aufweisen,
wobei die Wellenaußenverzahnung (14) im Eingriff mit einem dritten Außen
verzahnungsbereich (60) jedes Umlaufzahnrades ist.
6. Verstellvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
dritte Außenverzahnungsbereich (60) eine größere oder kleinere Zähnezahl
als der erste Außenzahnungsbereich (15) und/oder der zweite Außenverzah
nungsbereich (16) aufweist.
7. Verstellvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der dritte Außenverzahnungsbereich (60) zwischen dem ersten Außenverzah
nungsbereich (15) und dem zweiten Außenverzahnungsbereich (16) der Um
laufzahnräder angeordnet ist.
8. Verstellvorrichtung nach Anspruch 5 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest an einigen Umlaufzahnrädern mehrere dritte Außenverzahnungsbe
reiche vorgesehen sind.
9. Verstellvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die ersten und zweiten Außenverzahnungsbereiche (15, 16) der Umlaufzahn
räder jeweils zwischen zwei dritten Außenverzahnungsbereichen vorgesehen
sind.
10. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Umlaufzahnräder (10a-d) jeweils aus mindestens zwei
oder drei miteinander axial verbundenen, vorzugsweise verkeilten, ver
schweißten oder verschraubten, Einzelzahnrädern (17, 18, 61) bestehen.
11. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß konzentrisch auf der Antriebswelle (13) ein Antriebszahnrad (4)
mit der Wellenaußenverzahnung (14) angebracht ist.
12. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zähnezahlen (n, n-1) der Innenverzahnungen (5, 6) und die
Zähnezahlen (m) der ersten und zweiten Außenverzahnungsbereiche (15a-
d, 16a-d) in einem Verhältnis von 3 : 1 bis 12 : 1, vorzugsweise 5 : 1 bis 8 : 1 ste
hen.
13. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß die erste Innenverzahnung (5) und die zweite Innenverzah
nung (6) gleiche Arbeitsteilungsdurchmesser aufweisen und die ersten Ver
zahnungen (15a-d) und die zweiten Außenverzahnungen (16a-d) gleiche Ar
beitsteilungsdurchmesser aufweisen.
14. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Antriebswelle (3) als Stabwelle oder Hohlwelle ausgebildet
ist.
15. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß an den Umlaufzahnrädern und dem ersten und/oder zweiten
Verstellzahnrad Laufflächen (150, 151, 152, 153) für eine Abrollbewegung
vorgesehen sind.
16. Gelenk, insbesondere Robotergelenk, mit mindestens drei Gelenkteilen, wobei
ein zweiter Gelenkteil über eine erste Verstellvorrichtung nach einem der An
sprüche 1 bis 15 gegenüber einem ersten Gelenkteil um eine erste Achse ver
drehbar ist und ein dritter Gelenkteil gegenüber dem zweiten Gelenkteil über
eine zweite Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 um eine
von der ersten Achse verschiedene zweite Achse verdrehbar ist.
17. Gelenk nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Achse
gegenüber der ersten Achse verdreht ist, vorzugsweise senkrecht zu dieser
verläuft.
18. Gelenk nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der erste
Gelenkteil und der zweite Gelenkteil jeweils mit einem Verstellzahnrad der er
sten Verstellvorrichtung verbunden ist und/oder der zweite Gelenkteil und der
dritte Gelenkteil jeweils mit einem Verstellzahnrad der zweiten Verstellvor
richtung verbunden ist.
19. Gelenk nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß
in dem ersten Gelenk ein erster Antriebsmotor zur Verdrehung des zweiten
Gelenkteiles gegenüber dem ersten Gelenkteil angeordnet ist.
20. Gelenk nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß
in dem zweiten Gelenkteil ein zweiter Antriebsmotor zur Verdrehung des drit
ten Gelenkteils gegenüber dem zweiten Gelenkteil angeordnet ist.
21. Gelenk nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß
der zweite Gelenkteil und der dritte Gelenkteil über die zweite Verstellvorrich
tung und eine dritte Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7
drehbar verbunden sind.
22. Gelenk nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Verstellvorrichtung in dem ersten Gelenkteil und/oder die zweite Ver
stellvorrichtung und gegebenenfalls die dritte Verstellvorrichtung in dem zwei
ten Gelenkteil angeordnet sind.
23. Gelenk nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verstellzahnräder über ein Vierpunktlager verbunden sind.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000130321 DE10030321A1 (de) | 2000-06-27 | 2000-06-27 | Verstellvorrichtung |
EP03023051A EP1429048A1 (de) | 1999-12-28 | 2000-12-22 | Verstellvorrichtung |
EP00987439A EP1244880B1 (de) | 1999-12-28 | 2000-12-22 | Verstellvorrichtung mit planetengetriebe |
AT00987439T ATE273467T1 (de) | 1999-12-28 | 2000-12-22 | Verstellvorrichtung mit planetengetriebe |
AU23685/01A AU2368501A (en) | 1999-12-28 | 2000-12-22 | Adjusting device |
DE50007413T DE50007413D1 (de) | 1999-12-28 | 2000-12-22 | Verstellvorrichtung mit planetengetriebe |
PCT/EP2000/013142 WO2001048397A2 (de) | 1999-12-28 | 2000-12-22 | Verstellvorrichtung mit planetengetriebe |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000130321 DE10030321A1 (de) | 2000-06-27 | 2000-06-27 | Verstellvorrichtung |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=7646357
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2000130321 Withdrawn DE10030321A1 (de) | 1999-12-28 | 2000-06-27 | Verstellvorrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10030321A1 (de) |
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